Design, development and characterization of a diffuse correlation spectroscopy system for microvasculature blood flow measurements

The recent health emergency linked to the world SARS COVID 2 pandemic taught us once again the crucial role of fast and precise diagnostics and the importance of personalized medicine which takes care of the patients through treatments and interventions designed and optimized for each individuals. Diffuse Correlation Spectroscopy (DCS) is a technique that perfectly matches this target. Indeed it represents a non-invasing, bed-side and relative inexpensive technique able to measure and monitor the microvascular blood flow in a certain tissue preventing bad pathological conditions. The aim of this master thesis work is the characterization of a DCS instrument in terms of performances and possible important system developments. Several characterization measurements have been performed over liquid phantoms that simulate the behaviour of biological tissues both in terms of optical and dynamical properties. The obtained results are quite satisfactory and reveal some possible improvements that can be implemented in the system architecture with the aim of optimizing the system for first in vivo measurements. Another possible important step will be the integration of the DCS module with a TRS (Time Resolved Spectroscopy) module in order to obtain a complete diagnostic instrument.

La recente crisi sanitaria determinata dalla pandemia globale di SARS COVID 2 ha ancora una volta sottolineato il ruolo cruciale della diagnosi precoce e specifica e l'importanza della medicina personalizzata che permette un trattamento pensato e ottimizzato per il singolo paziente. La tecnica di Diffuse Correlation Spectroscopy (DCS) può giocare un ruolo importante in questa prospettiva. Infatti essa rappresenta una tecnica non invasiva, disponibile al letto del paziente e relativamente poco costosa che permette di misurare e monitorare il flusso ematico capillare, parametro significativo nella prevenzione primaria di molte patologie. Lo scopo del mio lavoro di tesi magistrale è stato la caratterizzazione di uno strumento sperimentale DCS con il duplice obiettivo di misurare le prestazioni del sistema e di ottimizzare e migliorare l'apparato sperimentale. A tal fine, sono state effettuate diverse misure di caratterizzazione su phantom liquidi in grado di simulare le proprietà ottiche e dinamiche di alcuni tessuti biologici. I risultati ottenuti sono soddisfacenti e hanno permesso di migliorare alcune specifiche dell'apparato sperimentale con l'obiettivo di iniziare a effettuare i primi test di misure in vivo. Un ulteriore possibile sviluppo sarà determinato dall'integrazione del presente modulo DCS con un modulo che sfrutta una tecnologia Time Resolved Spectroscopy (TRS) in modo da ottenere uno strumento diagnostico completo.